JP2009118175A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に同期処理を実行すること。
【解決手段】受信装置１００において、信号取得部は、データと既知情報とが時間多重された信号を取得する。相関演算部５０は、取得された信号を順次入力させて、予め設定された既知情報との相関演算を実行して、複数の相関値を算出する。移動加算処理部６０は、相関演算部によって算出された複数の相関値に対して、移動加算処理を実行する。タイミング検出部７０は、移動加算処理部６０によって移動加算処理された結果を用いて、信号取得部によって取得された信号において、既知情報が配置されたタイミングを検出する。復調部４０は、検出されたタイミングにしたがって、信号取得部によって取得された信号に含まれるデータを復調する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線技術に関し、特に、既知情報を元に同期処理を実行する受信装置に関する。

一般的に、ディジタル通信において、任意の通信装置は、通信相手となる通信装置と同期するための処理を実行して、お互いの動作タイミングを合わせる必要がある。しかしながら、無線通信においては、通信装置間の通信環境の状態によっては、タイミングを合わせることが困難な場合がある。従来、相関器を用いて、受信した信号に含まれる既知信号のタイミングを検出することによって、効率的に同期処理を行っていた（たとえば、非特許文献１参照）。
三瓶政一、「ディジタルワイヤレス伝送技術」、三美印刷株式会社、２００２年９月１日発行、ｐ．３０１〜３０３

しかしながら、マルチパス環境においては、所望波とその遅延波の双方が相関器により検出されてしまうため、所望波と遅延波とを区別することが困難となる。誤って、遅延波を所望波として検出したようなときに、同期性能に影響を与えてしまう場合がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチパス環境下においても正確に同期処理が実行できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の受信装置は、データと既知情報とが時間多重された信号を取得する信号取得部と、信号取得部によって取得された信号をずらしながら、予め設定された既知情報との相関演算を順次実行して、複数の相関値を算出する相関演算部と、相関演算部によって算出された複数の相関値に対して、移動加算処理を実行する移動加算処理部と、移動加算処理部によって移動加算処理された結果を用いて、信号取得部によって取得された信号において、既知情報が配置されたタイミングを検出するタイミング検出部と、タイミング検出部によって検出されたタイミングにしたがって、信号取得部によって取得された信号に含まれるデータを復調する復調部と、を備える。

この態様によると、算出された複数の相関値に対して移動加算処理を実施することによって、マルチパスの影響を抑制できる。そのため、容易に既知情報のタイミングを検出でき、正確に同期処理を実行できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、正確に同期処理を実行できる。

本発明の実施形態を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施形態は、無線装置における同期処理に関する。本実施形態における同期処理においては、既知信号（以下、「パイロット信号」とも表記する。）のタイミングを検出するために、相関器を用いて相関値を算出する。その際に、検出した相関値に対して移動加算処理を実施することによって、マルチパスに相当する信号の相関値が低減される。これにより、パイロット信号のタイミングを正確に検出できる。詳細は後述する。

図１は、本発明の実施形態にかかる受信装置１００の構成例を示す図である。受信装置１００は、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）処理部１０と、ＡＤ（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌ）変換部２０と、同期処理部３０と、復調部４０とを含む。説明の便宜上、受信装置１００のみを図示したが、送信処理に関する構成をさらに含んでもよい。

ＲＦ処理部１０は、アンテナにて受信した信号に対して、フィルタ処理などの高周波信号処理を実施する。受信する信号には、パイロット信号とデータとが含まれる。図２は、図１の受信装置１００における受信信号の信号フォーマット例２００を示す図である。信号フォーマット例２００は、第１データ領域２１０と、パイロット領域２２０と、第２データ領域２３０とを含む。また、信号フォーマット例２００は、それぞれの領域が時間多重されている態様を示している。この信号フォーマット例２００は、一定の間隔を有するパケット信号に適用されてもよい。また、信号フォーマット例２００が繰返されることにより、連続的な時間信号を構成してもよい。いずれの場合であっても、信号フォーマット例２００の長さが、後述する相関処理における演算区間となる。

パイロット領域２２０には、既知情報として、予め定められたビットパターンが配置される。ビットパターンは、規則的に配置されたビット列により表現され、たとえば、すべてのビットが１に設定されたパターン、１と０を示すビットが交互に配置されたパターン、あるいは、ＰＮ系列のように一定の順序で配置されたパターンなどであってもよい。なお、データとパイロット信号とは、図示するような順序で時間多重されていなくてもよく、たとえば、パイロット信号がデータの前段に配置されていてもよい。

図１に戻る。ＡＤ変換部２０は、高周波処理が実施された信号をＳ倍オーバーサンプルでディジタル信号に変換する。同期処理部３０は、ＡＤ変換部２０にてディジタル信号に変換された信号を用いて、同期処理を実行する。ここでの同期処理とは、信号中に含まれたパイロット信号の先頭のタイミングを検出する処理である。

同期処理部３０は、相関演算部５０と、移動加算処理部６０と、タイミング検出部７０とを含む。相関演算部５０は、受信信号と、パイロット信号とのスライディング相関処理を実施して、複数の相関値を算出する。相関値が算出される区間は、図２に図示したような信号フォーマット例２００の区間となる。移動加算処理部６０は、相関演算部５０にて算出された複数の相関値について、移動加算処理を実行する。移動加算処理とは、演算対象となる区間をずらしながら、平均演算を実行する処理である。この移動加算処理により、相関値に含まれるノイズが抑制され、タイミング検出部７０における最大値の検出が容易となる。

タイミング検出部７０は、移動加算処理が実行された後の複数の相関値のうち、最大の相関値を検出する。さらに、タイミング検出部７０は、最大の相関値が検出されたタイミングをパイロット信号の先頭タイミングとして取得する。復調部４０は、タイミング検出部７０によって取得されたパイロット信号の先頭タイミングにしたがって、ＡＤ変換部２０から出力された信号からデータを抽出して、復調処理を実行する。復調処理は、同期検波処理や誤り訂正処理などを含み、公知の技術により実施されてもよい。

図３は、図１の相関演算部５０と移動加算処理部６０の構成例を示す図である。相関演算部５０は、相関演算部用遅延器５２で代表される第１相関演算部用遅延器５２ａ〜第Ｍ相関演算部用遅延器５２ｍと、乗算器５４で代表される第１乗算器５４ａ〜第Ｎ乗算器５４ｎと、第１加算器５６と、二乗器５８とを含む。相関演算部５０は、（Ｎ−１）個の相関演算部用遅延器５２と、Ｎ個の乗算器５４を含む。Ｎは、図２に図示したようなパイロット領域２２０に配置されるパイロット信号の長さを示す。

相関演算部用遅延器５２は、内部に、Ｔ／Ｓ単位で遅延させる図示しない遅延器をＳ個備え、入力された信号を単位時間Ｔだけ遅延させて出力する。第１相関演算部用遅延器５２ａに入力される信号をｒ（ｉ）とすると、第１相関演算部用遅延器５２ａから出力される信号は、ｒ（ｉ−Ｔ）となり、また、最後段の第Ｍ相関演算部用遅延器５２ｍから出力される信号は、ｒ（ｉ−（Ｎ−１）Ｔ）となる。

乗算器５４は、それぞれの相関演算部用遅延器５２から出力された信号ｒ（ｉ−ｎＴ）と、パイロット信号ｄ^＊（ｎ）とのマッチング処理を実行する。マッチング処理は、乗算器５４に入力される信号ｒ（ｉ−ｎＴ）が符号付きの値である場合、乗算処理となる。また、信号ｒ（ｉ−ｎＴ）が硬判定値である場合、排他的論理和演算処理となる。

第１加算器５６は、それぞれの乗算器５４から出力された値を合算して、二乗器５８に出力する。出力は、単位時間Ｔ／Ｓごとになされる。すなわち、相関演算部５０は、受信信号を単位時間Ｔずつずらしながら、パイロット信号ｄ^＊（ｎ）とのマッチング処理を実行する。二乗器５８は、第１加算器５６から出力された値の絶対値を計算し、その結果を２乗する。

ここで、二乗器５８から出力される信号をＲ（ｉ）とすると、Ｒ（ｉ）は、次式で表現される。

以上の態様により、相関値Ｒ（ｉ）が算出される。受信信号ｒ（ｉ）が、パイロット信号ｄ^＊（ｎ）に近づくほど、Ｒ（ｉ）は、より大きな値となる。そのため、最大のＲ（ｉ）となるタイミングｉを検出することによって、受信信号ｒ（ｉ）に含まれるパイロット信号ｄ^＊（ｎ）のタイミングを正確に検出できることとなる。

しかしながら、マルチパス環境においては、所望のパイロット信号とその遅延波の位置が相関演算部により多数検出されることとなる。この場合において、パイロット信号と遅延波の振幅値が同様のレベルにある場合、双方の区別が困難となる。そこで、本実施形態においては、相関処理の結果のＲ（ｉ）に対して、移動加算処理を実施することとした。この処理によって、マルチパスにかかる相関値は、所望の既知信号の相関値に比べて、相対的に小さくなる。これにより、所望のパイロット信号のタイミングを正確に検出することができるようになる。

移動加算処理部６０は、移動加算用遅延器６２で代表される第１移動加算用遅延器６２ａ〜第Ｋ移動加算用遅延器６２ｋと、第２加算器６６とを含む。Ｋは、移動加算処理を実行する範囲を示す。なお、Ｋは、実験等により予め設定されてもよいし、受信環境に応じて動的に変化するように設定されてもよい。移動加算処理部６０は、Ｋ個の移動加算用遅延器６２を含む。なお、Ｋは、移動加算処理の実施範囲を示す。

移動加算用遅延器６２は、相関演算部５０から出力された相関値Ｒ（ｉ）をＴ／Ｓだけ遅延して出力する。第２加算器６６は、それぞれの乗算器５４から出力された値を合算して、その結果Ｑ（ｉ）を出力する。出力は、Ｔ／Ｓごとになされる。なお、Ｓを大きく設定することによって、分解能が向上し、より正確なタイミングを検出しやすくなる一方、Ｓを小さく設定することによって、処理時間や処理負荷を低減できる。したがって、受信環境が悪いときにはＳを大きくし、良いときには小さく設定すればよい。

ここで、第２加算器６６から出力される加算された相関値Ｑ（ｉ）は、次式により表現される。

図４（ａ）〜（ｂ）は、図１の相関演算部５０にて生成される第１〜第２の遅延プロファイルの例を示す図である。図４（ｃ）は、図１の移動加算処理部６０にて生成される第３の遅延プロファイルの例を示す図である。縦軸は、相関値の大きさを示す。横軸は、時間を示す。ここでは、パイロット信号の長さＮを４０としている。また、Ｓを４としている。また、図４（ｂ）〜（ｃ）においては、所望波と遅延波とのレベル比は０ｄＢ、遅延時間差は１Ｔとしている。

図４（ａ）は、マルチパスがない場合における第１遅延プロファイル４１０を示す。第１遅延プロファイル４１０は、インパルス３００で代表される第１インパルス３１０〜第３インパルス３３０を含む。図示するごとく、第１インパルス３１０の相関値の大きさは、他のインパルス３００よりも大きい。したがって、第１遅延プロファイル４１０においては、第１インパルス３１０がピークとして検出され、時刻ｔ１が検出すべき位置として取得される。

図４（ｂ）は、マルチパスがある場合における第２遅延プロファイル４２０を示す。この第２遅延プロファイル４２０は、移動加算処理前の信号Ｒ（ｉ）についての遅延プロファイルを示す。第２遅延プロファイル４２０は、パイロット信号の先頭タイミングである第１インパルス３４０と、第２インパルス３５０と、第３インパルス３６０とを含む。図示するごとく、第２インパルス３５０は、第１インパルス３４０と第３インパルス３６０の双方よりも大きな相関値を有している。このような場合、誤って、第２インパルス３５０の相関値ピークをパイロット信号の先頭タイミングとして検出してしまう可能性がある。

図４（ｃ）は、マルチパスがある場合における第３遅延プロファイル４３０を示す。この第３遅延プロファイル４３０は、移動加算処理部６０にて移動加算処理した後の信号Ｑ（ｉ）についての遅延プロファイルを示す。言い換えると、図４（ｃ）に示した第３遅延プロファイル４３０は、図４（ｂ）に示した第２遅延プロファイル４２０に対して、移動加算処理を実施した結果を示している。図示するごとく、第２インパルス３５０と第３インパルス３６０とは、図４（ｂ）に示した場合よりも、相関値が小さくなっている。そのため、第１インパルス３４０は、第３遅延プロファイル４３０において、最大の相関値を有することとなる。したがって、所望インパルスである第１インパルス３４０以外のインパルスが誤検出されてしまう確率を減少し、パイロット信号の先頭タイミングを適切に取得できることとなる。

図５（ａ）は、図４（ｂ）の第１インパルス３４０の前後の期間を拡大した図である。図５（ｂ）は、図４（ｂ）の第２インパルス３５０の前後の期間を拡大した図である。図５（ａ）、（ｂ）、および、後述する（ｃ）においては、インパルス列により示した図４と異なり、折れ線により、相関値あるいは移動加算値の時間変化を示している。マルチパス環境下では、所望位置付近の相関値は、所望波（サンプリング番号＝278）と遅延波（サンプリング番号＝282）のそれぞれで相関値が大きくなるため、図５（ａ）に示すとおり２つの山が見え、相関値インパルスピークの幅（サンプリング番号＝275〜286付近）が広がる。

これに対し、所望位置以外の相関値でインパルスピークが見えるところは、図５（ｂ）に示すとおり山が一つであり、相関値インパルスピークの幅（サンプリング番号＝1099〜1105付近）が狭い。これは雑音やパイロットとのデータパターンの類似などによりたまたま相関が立ったためと考えられる。そこで、これらの移動加算値を取ると山が二つある所望位置付近のインパルスは、山が一つのものよりも相関値が大きくなる。

図５（ｃ）は、図４（ｃ）の第１インパルス３４０の前後の期間を拡大した図である。図５（ｃ）に示すごとく、移動加算値による位置検出では、移動加算値が出力されるまでの遅延により、所望位置から遅れた箇所が検出される。しかし、検出された箇所は所望位置に近いため、問題はない。なお、移動加算数は、想定する遅延波の遅延時間に合わせる．例えば１シンボル遅延まで想定した場合、４倍オーバーサンプル時は、移動加算長を４（＝１シンボル×４）以上と設定する。移動加算数の上限としては、加算数が多すぎても移動加算インパルスピークが見つかりづらくなるため、シミュレーションなどを行い設定する。

上述したこれらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図６は、図１における同期処理部３０の動作例を示す図である。まず、同期処理部３０は、データとパイロット信号とが含まれた信号を取得する（Ｓ１０）。つぎに、同期処理部３０は、受信した信号に対して、相関処理を実施する（Ｓ１２）。さらに、同期処理部３０は、相関処理された結果を移動加算する（Ｓ１４）。ここで、相関処理すべき区間が終了した場合（Ｓ１６のＹ）、Ｓ１８に移る。終了しない場合（Ｓ１６のＮ）、Ｓ１２に戻る。Ｓ１８においては、作成された遅延プロファイルからピークを検出する（Ｓ１８）。

本実施形態によれば、相関演算部を用いて、（Ｔ／Ｓ）ごとの振幅値を検出し、検出した振幅値に対して移動加算処理を実施することによって、マルチパスに相当する信号のピークを相対的に低減できる。これにより、所望の既知信号のタイミングを正確に検出することができるようになる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施形態においては、相関演算部５０は、受信信号について、パイロット信号との相関処理を実施するとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、たとえば、相関処理した結果を正規化してもよい。これにより、フェージングなどによる受信信号の急激なレベル変動にも追従できるようになる。正規化は、以下の式により、実施されてもよい。

本発明の実施形態にかかる受信装置の構成例を示す図である。 図１の受信装置における受信信号の信号フォーマット例を示す図である。 図１の相関演算部と移動加算処理部の構成例を示す図である。 図４（ａ）は、図１の相関演算部にて生成される第１遅延プロファイルの例を示す図である。図４（ｂ）は、図１の相関演算部にて生成される第２遅延プロファイルの例を示す図である。図４（ｃ）は、図１の移動加算処理部にて生成される第３遅延プロファイルの例を示す図である。 図５（ａ）は、図４（ｂ）の第１インパルスの前後の期間を拡大した図である。図５（ｂ）は、図４（ｂ）の第２インパルスの前後の期間を拡大した図である。図５（ｃ）は、図４（ｃ）の第１インパルスの前後の期間を拡大した図である。 図１における同期処理部の動作例を示す図である。

符号の説明

１０ ＲＦ処理部、 ２０ ＡＤ変換部、 ３０ 同期処理部、 ４０ 復調部、 ５０ 相関演算部、 ５２ 相関演算部用遅延器、 ５４ 乗算器、 ５６ 第１加算器、 ５８ 二乗器、 ６２ 移動加算用遅延器、 ６６ 第２加算器、 ６０ 移動加算処理部、 ７０ タイミング検出部、 １００ 受信装置、 ２００ 信号フォーマット例、 ２１０ 第１データ領域、 ２２０ パイロット領域、 ２３０ 第２データ領域、 ３００ インパルス、 ４１０ 第１遅延プロファイル、 ４２０ 第２遅延プロファイル、 ４３０ 第３遅延プロファイル。

Claims (1)

1. データと既知情報とが時間多重された信号を取得する信号取得部と、
   前記信号取得部によって取得された信号をずらしながら、予め設定された既知情報との相関演算を順次実行して、複数の相関値を算出する相関演算部と、
   前記相関演算部によって算出された複数の相関値に対して、移動加算処理を実行する移動加算処理部と、
   前記移動加算処理部によって移動加算処理された結果を用いて、前記信号取得部によって取得された信号において、既知情報が配置されたタイミングを検出するタイミング検出部と、
   前記タイミング検出部によって検出されたタイミングにしたがって、前記信号取得部によって取得された信号に含まれるデータを復調する復調部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。

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